鐵、鈷、鎳都能形成+Ⅱ和+Ⅲ氧化態(tài)的氧化物。
FeO CoO NiO
黑色 灰綠色 暗綠色
Fe2O3 Co2O3 Ni2O3
磚紅色 黑色 黑色
FeO、CoO和NiO可由鐵(Ⅱ)、鈷(Ⅱ)和鎳(Ⅱ)的草酸鹽在隔絕空氣的條件下加熱制得。例如:
FeC2O4=FeO+CO+CO2
CoC2O4=CoO+CO+CO2
它們都能溶于酸性溶液中,但一般不溶于水或堿性溶液中,說(shuō)明它們屬于堿性氧化物。
實(shí)驗(yàn)室中,常將Fe(OH)3加熱脫水而制備較純的Fe2O3。在空氣中加熱分解鈷或鎳的草酸鹽、碳酸鹽或硝酸鹽,則生成Co2O3和Ni2O3,因?yàn)樵?73K左右,空氣中的氧能使鈷(Ⅱ)和鎳(Ⅱ)氧化為鈷(Ⅲ)和鎳(Ⅲ)。例如:
4NiCO3+O2=(△)2NiO3+4CO2
FeO3、Co2O3和Ni2O3都是具有較強(qiáng)氧化性的氧化物,它們按Fe-Co-Ni順序氧化能力增強(qiáng)和穩(wěn)定性降低。
鐵除了上述的FeO和Fe2O3外,還能形成Fe3O4,又稱磁性氧化鐵。在Fe3O4中的Fe具有不同的氧化態(tài),過(guò)去曾認(rèn)為它是FeO和Fe2O3的混合物。但經(jīng)X射線研究證明,F(xiàn)e3O4是一種反式尖晶石結(jié)構(gòu),可寫成FeⅢ[(FeⅡFeⅢ)O4]。
在鐵(Ⅱ)、鈷(Ⅱ)、鎳(Ⅱ)的鹽溶液中加入堿,均能得到相應(yīng)的氫氧化物。
M2++2OH-=M(OH)2↓ (M2+=Fe2+、Co2+、Ni2+)
Fe(OH)2易被空氣中的氧所氧化,往往得不到白色的Fe(OH)2,而是變成灰綠色,最后成為棕紅色的Fe(OH)3。
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
這可由它們的標(biāo)誰(shuí)電極電勢(shì)看出。
Fe(OH)3+e- ?Fe(OH)2+OH- E°=-0.56V
O2+2H2O+4e- ?4OH- E°=0.401V
堿作用于鐵(Ⅲ)鹽溶液,也可析出Fe(OH)3。Co(OH)2在空氣中也能慢慢地被氧化成棕色的Co(OH)3,若用氧化劑可使反應(yīng)迅速進(jìn)行。至于Ni(OH)2,它不能與空氣中的氧作用,它只能被強(qiáng)氧化劑如NaOCl、Br2等氧化。
2Co(OH)2+NaOCl+H2O=2Co(OH)3↓+NaCl
棕色
2Ni(OH)2+NaOCl+H2O=2Ni(OH)3↓+NaCl
黑色
2Co(OH)2+Br2+2NaOH=2Co(OH)3↓+2NaBr
2Ni(OH)2+Br2+2NaOH=2Ni(OH)3↓+2NaBr
在這些氫氧化物中,F(xiàn)e(OH)3略有兩性,但堿性強(qiáng)于酸性,只有新沉淀出來(lái)的Fe(OH)3能溶于濃的強(qiáng)堿溶液中。如熱的濃氫氧化鉀溶液可溶解Fe(OH)3而生成鐵(Ⅲ)酸鉀(KFeO2或K3[Fe(OH)6])。
Fe(OH)3+KOH=KFeO2+2H2O
Fe(OH)3溶于鹽酸的情況和Co(OH)3、Ni(OH)3不同。如Fe(OH)3與鹽酸反應(yīng),僅發(fā)生中和反應(yīng),而Co(OH)3和Ni(OH)3都是強(qiáng)氧化劑,它們與鹽酸反應(yīng)時(shí),能將Cl-氧化成Cl2。
Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O
2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+6H2O
上述氫氧化物的性質(zhì)可歸納如下: